(57)【要約】【課題】  簡単な構成で速度及び位置の定常誤差を共にゼロにすることができるアクチュエータの駆動装置を提供する。【解決手段】  アクチュエータの駆動状態を検出する検出手段７と、検出手段から得られた駆動状態と所定の状態との差を演算する演算手段１と、演算手段から得られた値を積分する第１の積分手段２と、第１の積分手段から得られた値を積分する第２の積分手段３と、第１の積分手段から出力される値と第２の積分手段から出力される値とを加算する加算手段３７とを有し、加算手段から出力される値に応じてアクチュエータに供給するエネルギー量を調定する。【選択図】  図１
2006101694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータの駆動状態を検出する検出手段と、前記検出手段から得られた駆動状態と所定の状態との差を演算する演算手段と、前記演算手段から得られた値を積分する第１の積分手段と、前記第１の積分手段から得られた値を積分する第２の積分手段と、前記第１の積分手段から出力される値と前記第２の積分手段から出力される値とを加算する加算手段とを有し、前記アクチュエータに供給するエネルギー量を前記加算手段からの出力に応じて調定することを特徴とするアクチュエータの駆動装置。
【請求項２】
前記演算手段から得られた値に比例要素を加える比例手段を有し、
前記加算手段は、前記第１の積分手段から出力される値と前記第２の積分手段から出力される値と前記比例手段から出力される値を加算することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの駆動装置。
【請求項３】
前記検出手段は、アクチュエータの速度、加速度、位置のうちのいずれかを検出する手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータの駆動装置。
【請求項４】
前記第１の積分手段と第２の積分手段のうちいずれか一方または双方に対して積分時定数または積分データの倍率を設定し、前記第１および第２の積分手段から得られる値と前記設定された積分時定数あるいは倍率を用いることにより前記アクチュエータに対する操作量を決定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータの駆動装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載のアクチュエータの駆動装置を有し、前記アクチュエータにより被駆動体を駆動することを特徴とするアクチュエータを用いた機器。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一つに記載のアクチュエータの駆動装置を複数有し、複数の被駆動体を前記複数のアクチュエータによりそれぞれ駆動するようにしたことを特徴とするアクチュエータを用いた機器。
【請求項７】
請求項１から４のいずれか一つに記載のアクチュエータの駆動装置を有し、前記アクチュエータを像担持体の駆動源としたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１から４のいずれか一つに記載のアクチュエータの駆動装置を有し、転写材の搬送方向に沿って配置された複数の像担持体の各駆動源と、転写材の搬送手段の駆動源にそれぞれ前記アクチュエータを用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータの駆動装置、アクチュエータを用いた機器および画像形成装置に係り、特に電子写真式の画像形成装置、例えば複写機における像担持体としての感光ドラムのように、回転速度に対して高い精度を要求されるものにアクチュエータを応用した装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動型アクチュエータ、特に振動型モータの速度制御は他のモータと同じような比例積分制御や積分制御によって行われていた。
【０００３】
例えば特許文献１では、図５に示すように、２相の駆動部を有する振動体を構成する圧電素子５６に、マッチングコイル４２，４５を介して電力増幅器３９，４１から９０度位相器４０で９０度の位相がずれた交番信号としての交流電圧が駆動電極４６を経て印加される。一方の駆動信号と他方の駆動信号は振動状態を検出するためにも利用され、それぞれキャパシタ４４と４７を介して両者の加算値が作動増幅器５０の一方の入力側に、また圧電素子５６の他極側からの信号（接地電圧）が作動増幅器５０の他方の入力側に入力して、作動増幅器５０から回転速度情報を出力する。この作動増幅器５０からの出力は整流器５１を経てもう一つの作動増幅器５２の一方の入力側へ入力され、この作動増幅器５２の他方の入力側には速度設定手段５３からの速度設定値が入力され、速度差が積分器５５へ入力される。
【０００４】
そして、加算器５４で作動増幅器５２からの差の値と積分器５５で積算処理した値を加算処理し、この値により電圧制御発振器３８から出力される振動型モータの駆動周波数を調整して速度を制御している。
【特許文献１】特開平７−１３１９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、複写機の感光ドラムの駆動に振動型モータを用いるような場合、感光ドラム表面の移動距離、すなわち回転角の誤差が印刷の精度に影響してしまう。上記従来の技術において、外乱等により速度変動が与えられた場合、速度偏差に関しては、図４の（ａ）に示すように、最終的には速度の定常誤差（Δｖ）をゼロにすることができるが、図４の（ｂ）に示す速度を積分した位置の次元の定常誤差（Δｘ）をゼロにすることはできない、つまり、速度変動によって生じた位置ずれについては元に戻す（２点間を移動する間に速度変動があると、速度が目標速度に戻っても、目的位置に所定の時間に到達することができない）ことができなくなり、良好な印刷を行うことができない場合があった。
【０００６】
すなわち、１色の複写の場合、感光ドラム上のトナー像を転写位置で転写材に転写する際、転写材に対する正規の位置にトナー像が転写されなくなる。
【０００７】
また、カラー複写の場合で、転写材の移動方向に沿って各色（４色）のトナー像を担持する感光ドラムを並列に配置した構成において、転写材に対するトナー像の転写される位置がずれると、色ずれの原因となる。
【０００８】
本出願に係る第１の発明の目的は、簡単な構成で速度の定常誤差と位置の定常誤差を共にゼロにすることができるアクチュエータの駆動装置を提供しようとするものである。
【０００９】
本出願に係る第２の発明の目的は、被駆動体を定常誤差と位置の定常誤差を共にゼロにして駆動できるアクチュエータを備えた機器を提供しようとするものである。
【００１０】
本出願に係る第３の発明の目的は、アクチュエータによって感光ドラム等を駆動する際に、高品質の画像が得られる画像形成装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本出願に係る第１の発明の目的を実現する第１の構成は、アクチュエータの駆動状態を検出する検出手段と、前記検出手段から得られた駆動状態と所定の状態との差を演算する演算手段と、前記演算手段から得られた値を積分する第１の積分手段と、前記第１の積分手段から得られた値を積分する第２の積分手段と、前記第１の積分手段から出力される値と前記第２の積分手段から出力される値とを加算する加算手段とを有し、前記アクチュエータに供給するエネルギー量を前記加算手段からの出力に応じて調定するようにしたものである。
【００１２】
本出願に係る第１の発明の目的を実現する第２の構成は、前記演算手段から得られた値に比例要素を加える比例手段を有し、前記加算手段は、前記第１の積分手段から出力される値と前記第２の積分手段から出力される値と前記比例手段から出力される値を加算するようにしたものである。
【００１３】
上記の構成において、前記検出手段は、アクチュエータの速度、加速度、位置のうちのいずれかを検出する手段である。
【００１４】
上記の構成において、前記第１の積分手段と第２の積分手段のうちいずれか一方または双方に対して積分時定数または積分データの倍率を設定し、前記第１および第２の積分手段から得られる値と前記設定された積分時定数あるいは倍率を用いることにより前記アクチュエータに対する操作量を決定する。
【００１５】
本出願に係る第２の発明の目的を実現する第１の構成は、上記したいずれかのアクチュエータの駆動装置を有し、前記アクチュエータにより被駆動体を駆動するようにしたものである。
【００１６】
本出願に係わる第２の発明の目的を実現する第２の構成は、上記したいずれかのアクチュエータの駆動装置を複数有し、複数の被駆動体を前記複数のアクチュエータによりそれぞれ駆動するようにしたものである。
【００１７】
本出願に係る第３の発明の目的を実現する第１の構成は、上記したいずれかのアクチュエータの駆動装置を有し、前記アクチュエータを像担持体の駆動源としたものである。
【００１８】
本出願に係る第３の発明の目的を実現する第２の構成は、上記したいずれかのアクチュエータの駆動装置を有し、転写材の搬送方向に沿って配置された複数の像担持体の各駆動源と、転写材の搬送手段の駆動源にそれぞれ前記アクチュエータを用いたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本出願に係る第１の発明では、アクチュエータの駆動を行う際に駆動状態検出手段から得られる偏差データを積分する第１の積分手段と第１の積分手段から得られる値を積分する第２の積分手段を用いて制御を行うことにより、偏差データ（速度）の定常誤差だけでなく偏差データを積分したもの（位置）の定常誤差もゼロにすることができる。
【００２０】
また、請求項４に係わる発明では、積分器の積分時定数あるいは倍率を設定することにより、アクチュエータを用いた装置において制御の精度や安定性を調整することができる。
【００２１】
本出願に係わる第２の発明では、１又は複数の被駆動体の速度を目標速度に制御できると共に、被駆動体の移動遅れを取り戻すことができる。
【００２２】
本出願に係る第３の発明では、像担持体としての感光ドラムを有する例えばカラー複写機等の画像形成装置において、外部からの負荷、あるいは負荷の変動などにより、感光ドラムの回転速度が変動しても、感光ドラムの速度を合わせることができるとともに、転写材に対する印刷位置を全て合わせることができるので、高品位の画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図２は本発明の実施例１で用いるカラー画像形成装置の全体構成を示す図である。以下図２を用いてカラー画像形成装置の構成を説明する。
【００２５】
まず、リーダ部の構成について説明する。
【００２６】
図２において、１０１はＣＣＤ、３１１はＣＣＤ１０１の実装された基板、３１２はプリンタ処理部、３０１は原稿台ガラス、３０２は原稿給紙装置、３０３および３０４は原稿を証明する光源、３０５および３０６は光源（３０３、３０４）の光を原稿に集光する反射傘、３０７〜３０９はミラー、３１０は原稿からの反射光または投影光をＣＣＤ１０１上に集光するレンズ、３１４は光源（３０３、３０４）と反射傘（３０５、３０６）とミラー３０７を収容するキャリッジ、３１５はミラー（３０８、３０９）を収容するキャリッジ、３１３は他のＩＰＵ等とのインターフェイス部である。
【００２７】
キャリッジ３１４は速度Ｖで、キャリッジ３１５は速度Ｖ／２でＣＣＤ１０１の電気的走査（主走査）方向に対して垂直方向に機械的に移動することによって、原稿の全面を走査（副走査）する。
【００２８】
原稿台ガラス上の原稿は光源（３０３、３０４）からの光を反射し、その反射光はＣＣＤ１０１に導かれて電気信号に変換される。そして、その電気信号（アナログ画像信号）は画像処理部３１２に入力されデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は処理された後、プリンタ部に送られ画像形成に用いられる。
【００２９】
次にプリンタ部の構成について説明する。
【００３０】
図２において、３１７はＭ（マゼンタ色）画像形成部、３１８はＣ（シアン色）画像形成部、３１９はＹ（イエロー色）画像形成部３２０はＫ（黒色）画像形成部で、それぞれの構成は同一なのでＭ画像形成部３１７について説明し、他の画像形成部の説明は省略する。
【００３１】
Ｍ画像形成部３１７において、３４２は像担持体としての感光ドラムで、ＬＥＤアレー２１０からの光によって、その表面に潜像が形成される。３２１は一次帯電器で、感光ドラム３４２の表面を所定の電位に帯電させ、潜像形成の準備をする。３２２は現像器で、感光ドラム３４２上の潜像を現像して、トナー画像を形成する。なお、現像器３２２には現像バイアスを印加して現像するためのスリーブ３４５が含まれている。３２３は転写帯電器で、転写材を搬送する無端ベルト状の転写材搬送ベルト３３３の背面から放電を行い、感光ドラム３４２上のトナー画像を、転写材搬送ベルト３３３上の記録紙などへ転写する。本実施例は転写効率がよいため、従来用いられていたクリーナ部が配置されていない。なお、クリーナ部を装着しても問題ないということはいうまでもない。
【００３２】
次に、記録紙などの上へ画像を形成する手順を説明する。カセット（３４０、３４１）に格納された記録紙等はピックアップローラ（３３９、３３８）により１枚毎給紙ローラ（３３６、３３７）で転写材搬送ベルト３３３上に供給される。給紙された記録紙は吸着帯電器３４６で帯電させられる。３４８は転写ベルとローラで、転写ベルと３３３を駆動し、かつ、吸着帯電器３４６と対になって記録紙等を帯電させ、転写材搬送ベルト３３３に記録紙等を吸着させる。３４７は紙先端センサで、転写材搬送ベルト３３３上の記録紙の先端を検知する。なお、紙先端センサの検出信号はプリンタ部からカラーリーダ部へ送られて、カラーリーダ部からプリンタ部にビデオ信号を送る際の副走査同期信号として用いられる。
【００３３】
この後、記録紙等は転写材搬送ベルト３３３によって搬送され、画像形成部３１７〜３２０においてＭＣＹＫの順にその表面にトナー画像が形成される。Ｋ画像形成部３２０を通過した記録紙等は、転写材搬送ベルト３３３からの分離を容易にするため、除電帯電器３４９で除電された後、転写材搬送ベルト３３３から分離される。
【００３４】
３５０は剥離帯電器で、記録紙等が転写材搬送ベルト３３３から分離する際の剥離放電によって画像乱れを防止するものである。分離された記録紙等は、トナーの吸着力を補って画像乱れを防止するために、定着前帯電器（３５１、３５２）で帯電された後、定着器３３４でトナー画像が熱定着された後、３３５の排紙トレーに排紙される。
【００３５】
ここで、感光ドラム（３４２〜３４５）および転写材搬送ベルトローラ３４８を回転させるための駆動モータとして、振動型モータの一種である公知の振動型モータが用いられている。
【００３６】
振動型モータは、例えば振動体を構成する弾性体に固着されている電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子に交番信号としての交流信号を印加することにより、弾性体の表面に円または楕円運動を形成させ、そこに加圧接触した接触体と前記振動体とを相対移動させるようにしたものである。また、振動体をステータとし、接触体をロータとした場合、ロータの回転中心に設けた出力軸を前記ロータと連結し、この出力軸から出力を取り出すようにしたタイプのものもあり、本実施例ではこの出力軸を有するタイプの振動型アクチュエータを用いている。
【００３７】
図３は感光ドラムと振動型モータの接続状態を示す図である。図３において、９は振動型モータである。８はロータリーエンコーダであり、振動型モータ９の出力軸の回転角をパルス情報として出力する。１０は感光ドラムである。
【００３８】
図１は本発明の実施例１における振動型モータの制御ブロック図を示し、図１６は図１に示す１つの振動型モータに対する駆動装置を図２の画像形成装置における複数の感光ドラムと転写材搬送ベルトの駆動用として用いた時の構成を示している。以下図１の各ブロックについて説明する。
【００３９】
図１において、１は速度差検出器であり、振動型モータ６の出力軸に接続されているロータリーエンコーダ７から得られるパルス情報をもとに得られる駆動速度と速度指令値の差を検出し出力する。この速度差検出器の一例を図６に示している。図６に示す速度差検出器は、同期ロジック回路により形成され、１１および１２はＤフリップフロップである。Ｄフリップフロップ１２のＤ入力がハイレベルでＱ出力がローレベルのときにエンコーダからの入力パルスの立ち上がりエッジとして検出される。この時、ＡＮＤ１４からの出力がクロックの１周期の時間だけハイレベルとなる。
【００４０】
１６ビットダウンカウンタ１５ではＡＮＤ１４の出力がハイレベルの時、すなわちエンコーダの立ち上がりエッジから１クロックサイクル後に目標速度データがロードされ、それ以外のときはダウンカウントを行う。目標速度データは目標速度で動作している時のエンコーダのパルスの１周期をクロックでカウントしたときのカウント数を設定する。目標速度データｖは以下の式によって求められる。
【００４１】
ｖ＝ｆｃ／（Ｎ×Ｅｐ）−１
ここでｆｃはクロックの周波数［Ｈｚ］、Ｎは目標回転数［１／ｓ］、Ｅｐは１回転あたりのエンコーダの出力パルス数［Ｐ／Ｒ］である。例えば目標回転数１［１／ｓ］でクロックの周波数が１０［ＭＨｚ］、モータ１回転で２０００パルス出力されるエンコーダの場合、目標速度データは４９９９となる。
【００４２】
１６ビットレジスタ１６は、エンコーダのエッジが検出されてから１クロックサイクル後にカウンタ１５の値が書き込まれる。レジスタ１６にデータが書き込まれる瞬間はカウンタ１５にはまだ目標速度はロードされておらず、エンコーダエッジが検出される直前までのカウント値が書き込まれることになる。
【００４３】
レジスタ１６の出力（バー）Ｑは格納された値の反転データが出力される。以上のような動作により、エンコーダの立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの時間をカウントし、目標速度データを引いた値マイナス１、すなわちＴｅ×ｆｃ−ｖ−１がレジスタ１６から出力されることになる。
【００４４】
ここで、ｖは目標速度データ、Ｔｅはエンコーダから出力されるパルスの周期［ｓｅｃ］、ｆｃはクロックの周波数［Ｈｚ］である。
【００４５】
図１に戻り、以上のようにして検出された速度差データは第１積分器２に入力される。図７は第１積分器２の内部構成を示す回路図である。本実施例の制御回路では、積分器２と積分器３の積分時定数を調整可能な制御パラメータとしている。
【００４６】
図７において、１６’は８ビットのダウンカウンタで、データが０になるとキャリー出力Ｃがハイレベルとなる。この時、積分時定数データがロードされ、その後ダウンカウントを行う。以上の動作によりダウンカウンタ１６’は積分時定数データを周期としたリングカウンタを構成する。
【００４７】
ダウンカウンタ１６’のキャリー出力Ｃは、リングカウンタの１周期に１回クロックの１サイクルの時間だけハイレベルとなるような信号を出力する。
【００４８】
１７は１６ビットのアダーである。アダー１７では１６ビットの入力Ａと入力Ｂのデータを加算し、加算データを出力Ｓから出力する。出力されたデータは１６ビットレジスタ１８のデータ入力となる。
【００４９】
レジスタ１８ではダウンカウンタから出力される積分時定数のタイミングで、データがロードされる。その結果レジスタ１８のＱ出力から積分時定数に応じた積分データが出力されることになる。
【００５０】
なお、本実施例において簡単にするために説明を省略したが、前述した積分器において振動型モータを駆動する前に積分データを初期化する回路や積分結果に上限値、下限値を持たせて積分データがオーバフローしないような構成も実際には必要になる。
【００５１】
図１に戻り、３は第２積分器で、前述の第１積分器２と同様の内部構造に構成されている。第２積分器３は、第１積分器２で積分されたデータを、第１積分器２とは別に決められた積分時定数で積分する。
【００５２】
３７は加算器である。加算器３７は図７に示すアダー１７と同様な１６ビットのアダーである。この加算器３７により、速度差データを第１積分器２で積分したデータと、さらに第２積分器３で積分されたデータが加算される。加算器３７から出力されるデータが操作量となる。
【００５３】
本実施例では振動型モータの速度を制御するための操作量として、振動型モータに与える交流電圧の周波数を使用している。
【００５４】
図１１に振動型モータに印加する交流電圧の周波数に対する振動型モータの回転速度の関係を示す。図１１のように振動型モータの共振周波数ｆｒにおいて回転速度はピークとなる。また、共振周波数ｆｒよりも高い周波数の方が特性がなだらかで比較的制御が行いやすいために、通常は共振周波数ｆｒよりも高い周波数領域で制御が行われる。
【００５５】
図１に戻り、４はパルス発生器で、加算器３７から出力される周波数で所定のパルス幅を有する４相のパルス信号を出力する。図８はパルス発生器４の内部構成を示す回路図である。
【００５６】
図８において、１９は１６ビットダウンカウンタである。ダウンカウンタ１９では、カウント値が０となるとＣ出力からハイレベルが出力される。Ｃ出力からハイレベルが出力されると、ダウンカウンタ１９のロード入力ＬＤがハイレベルになるので、カウンタに周数数データがロードされることになる。その後ダウンカウンタ１９はダウンカウントを行う。
【００５７】
以上のような構成により、ダウンカウンタ１９のキャリー出力Ｃからは周波数データを１周期としてクロックの１サイクルの時間だけハイレベルとなるような信号が出力される。
【００５８】
なお本実施例では、周波数データと記述しているが実際には駆動周波数の周期に相当する値を入力することになる。また、振動型モータの駆動交流波の１周期はダウンカウンタ１９の４周期分に相当するので、周波数データは振動型モータの駆動周波数の１／４周期分の値を設定する。ダウンカウンタ１９のキャリー出力Ｃは２ビットのカウンタ２０のイネーブル信号ＥＮとして入力される。
【００５９】
カウンタ２０は、カウンタ１９のキャリー信号が出力される毎にカウントアップを行う。カウント値は０〜３までの４状態を繰り返す。カウンタの出力Ｑ０、Ｑ１は２ビット入力４ビット出力のデコーダ２１に入力される。
【００６０】
デコーダ２１は、入力Ｇがローレベルのときは全ての出力Ｑ０〜Ｑ３はローレベルとなる。入力Ｇがハイレベルのときは、入力Ａと入力Ｂの組み合わせによりＱ０〜Ｑ３のいずれかの出力がハイレベルとなる。
【００６１】
入力Ａ、Ｂが共にローレベルの時はＱ０がハイレベルに、入力Ａがハイレベル、入力ＢがローレベルのときはＱ１がハイレベルに、入力Ａがローレベル、入力Ｂがハイレベルの時はＱ２がハイレベルに、入力Ａ、Ｂ共にハイレベルのときは出力Ｑ３がハイレベルとなる。
【００６２】
上記構成により、ダウンカウンタ１９から出力される周波数データを１周期とするキャリー出力Ｃがハイレベルになるときに、Ｑ０〜Ｑ３がクロックサイクルの１周期の時間だけ順次ハイレベルとなるように出力される。
【００６３】
デコーダ２１の出力Ｑ０〜Ｑ３は、ＲＳフリップフロップ２２〜２５のセット入力Ｓに入力される。
【００６４】
ＲＳフリップフロップ２２〜２５は、それぞれのセット入力がハイレベルの時に出力Ｑがハイレベルとなり、その後はリセット入力Ｒがハイレベルとなるまで値を保持する。ＲＳフリップフロップ２２〜２５のリセット入力Ｒには１６ビットのダウンカウンタ２６のキャリー出力Ｃが入力される。
【００６５】
ダウンカウンタ２６は、パルス幅の長さを決定するために用いられている。ＲＳフリップフロップ２２〜２５の出力Ｑがハイレベルになるタイミング、すなわちダウンカウンタ１９のキャリー出力Ｃがハイレベルになると、ダウンカウンタ２６のロード入力ＬＤにハイレベルが入力される。
【００６６】
ダウンカウンタ２６のロード入力ＬＤにハイレベルが入力されると、ダウンカウンタ２６には外部から入力されるパルス幅データがロードされる。このパルス幅データは固定値もしくは不図示のコントローラから所定の値が与えられる。
【００６７】
また、パルス幅データは上述した周波数データよりも小さい値となるようにしなければならない。上記のような構成により、ダウンカウンタ２６はＲＳフリップフロップのいずれかの出力Ｑがハイレベルになってからパルス幅データ分経過した後にハイレベルとなる。
【００６８】
以上の動作によりパルス発生器からの出力Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は周波数データの４倍の周期でパルス幅データ分のパルス幅を持つパルスとして出力される。図９に出力Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２をあらわすタイミングチャートを示す。図９のようにＡ１とＡ２、Ｂ１とＢ２はそれぞれ１８０°の位相差を有するパルスとなる。またＡ１とＢ１、Ａ２とＢ２はそれぞれ９０°の位相差を有するパルス幅となる。パルス発生器から出力される４相のパルスは図１の昇圧手段５に入力される。
【００６９】
図１０は昇圧手段の内部構成を示す回路図である。昇圧手段５は、パルス発生器４からのパルス信号を元に振動型モータを駆動するための２相の交流波を生成するためのものである。２相の交流波は同一周波数であり、電圧振幅が３００Ｖp-p程度で時間的に９０°の位相差を有する信号である。
【００７０】
図１０において、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄはＦＥＴである。２７ａと２７ｂはＡ相駆動信号発生用のＦＥＴであり、２７ｃ、２７ｄはＢ相駆動信号発生用のＦＥＴである。
【００７１】
２８ａ、２８ｂはセンタータップ付きのトランスである。図１０において、トランス２８ａの１次側のセンタータップ電極は電源電圧に接続されている。電源電圧は機器内のスイッチングレギュレータ等で発生されるＤＣ電圧である。
【００７２】
本実施例の画像形成装置においては２４Ｖを使用している。１次側の残りの２つの電極にはそれぞれＦＥＴ２７ａと２７ｂのドレインに接続されている。前述したパルス発生器から出力されるパルス信号Ａ１によってＦＥＴ２７ａが駆動され、パルス信号Ａ２によってＦＥＴ２７ｂが駆動される。結果として、トランス２８ａの１次側はセンタータップから他の２端へ交互に電流が流れることになる。
【００７３】
トランス２８の２次側にはトランス２８の昇圧率に応じた交流信号が発生する。これがＡ相交流波出力となる。同様にしてＢ相交流波出力も生成される。図９で説明したような４相のパルス信号をＦＥＴ２７ａ〜２７ｄのゲート信号として使用することにより、図１０のＡ相交流波出力とＢ相交流波出力は時間的に９０°の位相差を有する信号となる。上記構成によって発生された相の交流信号は図１の振動型モータ６に入力される。
【００７４】
振動型モータ６は上述したような原理で駆動される。図３に示すように、振動型モータ９の出力軸の一方にはロータリーエンコーダ９が接続されている。エンコーダ９から出力される回転速度に応じたパルス信号が図１の速度差検出器１に入力される。
【００７５】
以上のような構成により、振動型モータの回転速度が一定になるようなフィードバックループが形成される。
【００７６】
本実施例では、速度偏差に対して第１積分器２と第２積分器３の２つの積分器を用い、第１積分器２の積分値を直接アダー３７へ入力することにより、図４の（ｃ）に示すように目標速度の定常偏差をゼロにし、さらに第１積分器２の積分値を第２積分器で積分した２重積分値をアダー３７へ入力することにより、図４の（ｄ）に示すように、目標値に対する位置の定常誤差もゼロにすることができる。
【００７７】
したがって、図２に示すカラー複写機の各色の感光ドラムおよび転写材搬送ベルトを振動型モータで駆動する際、例えば転写材の先端が転写位置で感光ドラムとのニップ部に入ると、感光ドラムに負荷が加わることとなって、速度の低下を招き、このままでは転写材に対するトナー像の転写位置にもずれが生じることになる。ここで、この速度の低下を速度差検出器１が検出して第１積分器２により積分した値自体は、検出速度を速度指令値となるようにするが、速度低下による遅れを取り戻す働きはない。
【００７８】
しかし、第１積分器２の積分値をさらに第２積分器３で積分することにより、得られた２重積分値は遅れを取り戻すための働きを行なうことになる。
【００７９】
すなわち、アダー３７からパルス発生器４に出力される信号は、図４の（ｃ）、（ｄ）に示すように、例えば振動型モータ６の回転角度を所定の時間内に目標とする回転角度まで回転させて位置偏差を０とし、その時に速度も目標速度となるようにして速度偏差を０とするためのものである。
【００８０】
したがって、全ての感光ドラムの速度偏差を０とするだけでなく、感光ドラム上に画像を形成する際の感光ドラムの移動距離の目標値に対する定常誤差もゼロにすることができる。
【００８１】
ところで、上記のように積分器を２つ用いた制御系を電磁モータの速度制御系として構成する場合、開ループ伝達特性の位相遅れが大きくなり、系が不安定になっていた。
【００８２】
しかし、振動型モータは電磁モータと比較して応答が速いので、このような問題にはならない。つまり、重量のあるコイルを回転子に使用する電磁モータに比べて、このような重量物を回転子に使用することのない振動型モータは慣性力が小さいこと、また電磁モータのコイルはインダクタンス素子であるために、磁界の発生に遅れを生じるが、振動型モータは電圧を圧電素子に印加することで発生する振動を駆動に利用しているので、上述の応答が速いこととなる。
【実施例２】
【００８３】
図１２は本発明の実施例２を示すブロック図である。
【００８４】
実施例１では制御系の演算部分をデジタル回路により構成したが、実施例２では、図１２に示すように、マイクロコンピュータにより制御系を実現している。
【００８５】
本実施例では、第１の積分を行うために使用するマイクロプロセッサ内部のメモリをＡとし、第２の積分を行うために使用するメモリをＢとする。図１３にマイクロコンピュータ２９の内部動作をあらわすフローチャートを示す。以下図１３を用いてマイクロプロセッサの動作を説明する。
【００８６】
マイクロプロセッサでは、振動型モータの起動時の動作と起動後に速度制御を行う動作の２つの動作を行っている。まず起動時の動作について説明する。
【００８７】
外部から振動型モータの起動指令を受けてＳＴＥＰ１の駆動開始となる。
【００８８】
ＳＴＥＰ２では、第１の積分動作を行う際に記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメモリＡの値を０にしている。
【００８９】
ＳＴＥＰ３では、第２の積分動作を行う際に記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメモリＢの値に初期値を代入している。
【００９０】
ＳＴＥＰ４では、ＳＴＥＰ３で初期化されたメモリＢに設定された値に第２の積分手段に対するゲインＫ２をかけたものを周波数指令として決定している。この周波数が起動時に最初に振動型モータに印加される交流電圧の周波数となり、この周波数を初期周波数という。初期周波数は振動型モータを駆動する際の振動モード付近の周波数であり、かつ、その振動モードにおける共振周波数ｆｒよりも高い周波数値を設定する。決定した周波数指令は図１２のパルス発生器４に出力される。
【００９１】
ＳＴＥＰ５では駆動パルス幅を指定している。この駆動パルス幅は図１０で説明したＦＥＴ２７ａ〜２７ｄのゲート端子に入力するパルスの幅であり、ＦＥＴやトランスを破損しない範囲で値を設定している。ここで設定したパルス幅は振動型モータが停止するまで同じ値を使用する。決定したパルス幅は図１２のパルス発生器４に出力される。
【００９２】
ＳＴＥＰ６では振動型モータに駆動電圧をかけている。このステップ以前は不図示のゲート回路によりＦＥＴ２７ａ〜ｄのゲート端子にはパルスが出力されないようにしてあり、このステップを境にゲート端子にパルスが出力されるようにする。なお、このステップはトランス２８ａ、２８ｂの一時側に入力される電源の電圧をＯＮすることによって行ってもよい。
【００９３】
以上のステップを行った後ＳＴＥＰ７の起動動作の終了となる。
【００９４】
次に、制御時の動作について説明する。制御時はタイマー割り込みを使用して一定時間ごとに振動型モータに与える周波数を変更することにより制御を行っている。ＳＴＥＰ８でタイマー割り込みが発生している。
【００９５】
ＳＴＥＰ９では図１２の速度差検出器１から速度差データ（ΔＶとする）を取り込んでいる。
【００９６】
ＳＴＥＰ１０では第１の積分の結果が格納されているメモリＡを積分するために第２の積分用のメモリＢの値にＡ＋Ｂを計算後代入している。
【００９７】
ＳＴＥＰ１１では第１の積分を行うためにメモリＡにＡ＋ΔＶを計算後代入している。ＳＴＥＰ１１でメモリＡに対する演算を行う前にＳＴＥＰ１０でメモリＢに対する演算を行っているのは第２の積分動作を前回のタイマー割り込みで決定された第１の積分結果で行うためである。
【００９８】
ＳＴＥＰ１２では積分結果が格納されているメモリＡとＢから駆動周波数を以下の式により決定している。
【００９９】
ｆ＝Ｋ１×Ａ＋Ｋ２×Ｂ
ここで、ｆは決定される駆動周波数データ、Ｋ１は第１の積分結果に対する制御ゲイン、Ｋ２は第２の積分結果に対する制御ゲインである。駆動周波数決定後は決定された値が図１２のパルス発生器４に出力される。
【０１００】
以上の動作が完了したら、ＳＴＥＰ１３の割込み動作終了となり、次回のタイマー割り込みが発生するまで待機することになる。次回のタイマー割り込みが発生するとＳＴＥＰ８に進み再び制御が行われる。前述した動作をモータが停止されるまで実行される。
【０１０１】
以上のような構成で振動型モータを制御することにより、本発明の実施例１と同様な制御を行うことができ、実施例１と同様な効果が得られる。
【実施例３】
【０１０２】
図１４は本発明の実施例３を示すフローチャートである。フローチャート以外については本発明の実施例２と同様である。また、本実施例のフローチャートはＳＴＥＰ１２の駆動周波数の決定方法以外は実施例２と同様であるのでＳＴＥＰ１２についてのみ説明する。
【０１０３】
ＳＴＥＰ１２において駆動周波数は以下の式を用いて決定される。
【０１０４】
ｆ＝Ｋ１×Ａ＋Ｋ２×Ｂ＋Ｋ３×ΔＶ
ここで実施例２と異なるＫ３×ΔＶ部分は、実施例２における応答性を改善するために比例要素を加えたもので、Ｋ３は比例ゲインである。以上のような構成で制御を行うことにより、本発明の実施例１、２と同様な効果が得られ、加えて応答性も改善することができる。
【実施例４】
【０１０５】
図１５は本発明の実施例４を示すフローチャートである。制御のブロックは実施例２、３と同様に図１２のような構成で制御を行っている。
【０１０６】
実施例１から３においては振動型モータの周波数を操作することにより振動型モータの速度を制御していたが、本実施例ではパルス発生器に入力するパルス幅データを操作することによって速度の制御を行っている。以下、図１５を用いて実施例４の動作について説明する。
【０１０７】
マイクロプロセッサでは振動型モータの起動時の動作と起動後に速度制御を行う動作の２つの動作を行っている。まず起動時の動作について説明する。
【０１０８】
外部から振動型モータの起動指令がだされるとＳＴＥＰ１の駆動開始となる。
【０１０９】
ＳＴＥＰ２では第１の積分動作を行う際に記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメモリＡの値を０にしている。
【０１１０】
ＳＴＥＰ３では第２の積分動作を行う際に記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメモリＢの値に初期値を代入している。
【０１１１】
ＳＴＥＰ４ではＳＴＥＰ３で初期化されたメモリＢに設定された値に第２の積分手段に対するゲインＫ２をかけたものをパルス幅指令として決定している。このパルス幅が起動時に最初に振動型モータに印加される交流電圧のパルス幅となる。決定したパルス幅指令は図１２のパルス発生器４に出力される。
【０１１２】
ＳＴＥＰ５では駆動周波数を指定している。この駆動周波数は振動型モータが目標速度で十分駆動できるような周波数を選択する。ここで十分駆動できる周波数とはパルス幅に大きな値を選択した時は目標速度より速く回転し、パルス幅を加減することにより目標速度で回すことのできる周波数を意味する。決定した周波数は図１２のパルス発生器４に出力される。
【０１１３】
ＳＴＥＰ６では振動型モータに電圧をかけている。このステップ以前は不図示のゲート回路によりＦＥＴのゲート端子にはパルスが出力されないようにしてあり、このステップを境にゲート端子にパルスが出力されるようにする。なお、このステップはトランスの一時側に入力される電源の電圧をＯＮすることによって行ってもよい。
【０１１４】
以上のステップを行った後ＳＴＥＰ７の起動動作の終了となる。
【０１１５】
次に、制御時の動作について説明する。制御時はタイマー割り込みを使用して一定時間ごとに振動型モータに与えるパルス幅を変更することにより制御を行っている。ＳＴＥＰ８でタイマー割り込みが発生している。
【０１１６】
ＳＴＥＰ９では図１２の速度差検出器１から速度差データ（ΔＶとする）を取り込んでいる。
【０１１７】
ＳＴＥＰ１０では第１の積分の結果が格納されているメモリＡを積分するために第２の積分用のメモリＢの値をＡ＋Ｂを計算後代入している。
【０１１８】
ＳＴＥＰ１１では第１の積分を行うためにメモリＡにＡ＋ΔＶを計算後代入している。ＳＴＥＰ１１でメモリＡに対する演算を行う前にＳＴＥＰ１０でメモリＢに対する演算を行っているのは第２の積分動作を前回のタイマー割り込みで決定された第１の積分結果で行うためである。
【０１１９】
ＳＴＥＰ１２では積分結果が格納されているメモリＡとＢからパルス幅を以下の式により決定している。
【０１２０】
ｐ＝Ｋ１×Ａ＋Ｋ２×Ｂ
ここでｐは決定されるパルス幅データ、Ｋ１は第１の積分結果に対する制御ゲイン、Ｋ２は第２の積分結果に対する制御ゲインである。駆動パルス幅決定後は決定された値が図１２のパルス発生器４に出力される。
【０１２１】
以上の動作が完了したら、ＳＴＥＰ１３の割込み動作終了となり、次回のタイマー割り込みが発生するまで待機することになる。次回のタイマー割り込みが発生するとＳＴＥＰ８に進み再び制御が行われる。前述した動作をモータが停止されるまで実行される。
【０１２２】
以上のような構成で振動型モータを制御することにより上述した実施例１および２と同等な制御を行うことができる。また、本実施例のようなパルス幅を操作することにより振動型モータの制御を行う際にも実施例３のように比例項を考慮して制御を行ってもよい。
【０１２３】
また、説明は省略するが振動型モータは印加する２相の交流電圧の位相差を操作することにより速度を制御することもできるが、本発明の実施例で説明した周波数またはパルス幅を操作する変わりに位相差を操作して振動型モータの速度を制御してもよいものとする。
【０１２４】
さらに、以上述べた本発明の実施例においては駆動回路をロジック回路やマイクロプロセッサを用いて制御を行っているが、本発明を実現する手段としてはこれらに限らず、積分器を使って偏差を積分した値と、さらにその積分結果を積分した値とを用いて操作量を決定できるすべての手段に対して行ってもよいものとする。
【０１２５】
振動型アクチュエータの駆動状態を検出する検出手段として速度を検出するようにしているが、振動型アクチュエータの加速度、位置、振動状態を検出し、基準値との差を求めてこの差を第１の積分手段で積分させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の実施例１における制御ブロック図。
【図２】本発明の実施例１で使用する画像形成装置の概略図。
【図３】図２の感光ドラムの駆動装置の概略図。
【図４】速度偏差と位置偏差を説明するためのグラフ。
【図５】従来の振動型アクチュエータの制御ブロック図。
【図６】図１の速度差検出器の回路図。
【図７】図１の積分器の回路図。
【図８】図１のパルス発生器の回路図。
【図９】図８のパルス発生器から出力されるパルスを示すタイミングチャート。
【図１０】図１の昇圧手段の回路図。
【図１１】振動型モータの周波数と速度の関係を示すグラフ。
【図１２】本発明の実施例２から４における制御装置のブロック図。
【図１３】本発明の実施例２におけるマイクロプロセッサの動作を示すフローチャート。
【図１４】本発明の実施例３におけるマイクロプロセッサの動作を示すフローチャート。
【図１５】本発明の実施例４におけるマイクロプロセッサの動作を示すフローチャート。
【図１６】図１の制御装置を図２の画像形成装置に適用した制御ブロック図。
【符号の説明】
【０１２７】
１…速度差検出器
２、３…積分器
４…パルス発生器
５…昇圧手段
６、９…振動型モータ
７、８…ロータリーエンコーダ
１０感光ドラム
２９…マイクロコンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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